淬火介質(zhì)冷卻曲線的判讀和評價

1、淬火介質(zhì)冷卻曲線的判讀和評價1995年5月1日，國際標(biāo)準(zhǔn)組織（ISO ）頒布了淬火油冷卻特性測定方法 Industrial quenching oils- determination of cooling characteristics-Nickel-alloy probe test method（ISO9950 ）。在 1988 年， 我國頒布了 2個標(biāo)準(zhǔn)，即GB 9449淬火介質(zhì)冷卻性能試驗方法（1995年調(diào)整為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB /T 7951 ）和SH/T 0220熱處理油冷卻性能測定法。目前這3個標(biāo)準(zhǔn)在國內(nèi)都被采用。JB/T 7951來自法國淬火液體小組 A*T*T*T*S*F*M 聯(lián)合委

2、員會在1982年提出的淬火油烈度-銀探頭試驗方法。SH /T 0220來自日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)熱處理油（JIS K 2242 80）。70年代初開始淬火油的研制工作時 采用的是仿日的探頭，一直沿用至今。國內(nèi)大多數(shù)淬火介質(zhì)生產(chǎn)廠和使用廠都采用此標(biāo)準(zhǔn)。上述3個標(biāo)準(zhǔn)探頭的相同點是都是熱電偶測試探頭，而且都在探頭幾何中心。都是K型熱電偶。探頭形狀都是圓柱形。這3種探頭的不同點是ISO為12.5mnK 60mmlncone1600 鎳基合金，JB和SH為銀。JB為 6mnX 48mm，SH為10mnX 30mm。ISO是鎧裝熱電偶，外徑 1 .凸們而JB、SH為T'l的偶絲。2 判讀方法的概述冷卻曲線判

3、讀的目的在于評價淬火介質(zhì)的冷卻能力。要評價就要有一個做為基準(zhǔn)的參照系統(tǒng)。一般情 況下，都是采用水和油。這是因為水和油是最早采用的淬火介質(zhì)。而且一直到現(xiàn)在仍是最常用的淬火介質(zhì)。Grossmann的H值也是如此，即以水的 H值為1，油的H值為0.25。既使不是定量地評價，也仍然要以 水和油的冷卻能力為基礎(chǔ)做岀定性的評價。第二條原則是冷卻曲線與鋼材連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線的關(guān)系，即淬火介質(zhì)冷卻性能與所淬鋼材的對應(yīng)原則。這條原則是說明冷卻曲線對應(yīng)連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線的不同階段所應(yīng)具備的冷卻性能。原則上說，在JB、SH探頭心部的熱電偶測得的冷卻曲線可認(rèn)為是工件（小中尺寸）表面或次表面的冷卻曲線，而ISO測得的曲線則

4、被認(rèn)為是工件（小中尺寸）心部或接近心部的冷卻曲線。3 ISO 9950的判讀和評價按照ISO 9950的規(guī)定，給出某個淬火介質(zhì)的冷卻性能的測試結(jié)果應(yīng)分3個部分：冷卻曲線（包括溫度/時間曲線和溫度/冷卻速度曲線）、冷卻時間和冷卻速度。冷卻時間和冷卻速度的要求如表1。表1 ISO冷卻時間和冷卻速度的要求冷卻時間/s冷卻速度/'C s1850 600 C （精確到 0.5s ）850 400 C （精確到 0.5s ）850 200 C （精確到 0.5s ）最大冷卻速度（精確到 0.5 C s1） 最大冷速所在溫度（精確到0.5 C.s- 1）_ 1300 C的冷速（精確到 0.5 C s

5、 ）表2 ISO參照油及相近油的指標(biāo)名稱ISO參照油100SNN22N32150SN40 C的運動21 +219 +122 +2.228.8 +3.230 +2粘度/ mm2s1粘度指數(shù)100+5> 98> 98閃點/200+10> 185> 170> 170> 200C（閉口）（開口）（開口）（開口）（開口）注：開口閃點比閉口閃點約高 2030 Co3.1 參照油的要求ISO 9950規(guī)定了參照油的主要理化指標(biāo)如表2，我國成品油中和該油相近油的指標(biāo)也列在表2。國內(nèi)與ISO參照油接近的油有 100SN，N22，N32和150SN?？梢哉J(rèn)為100SN最接近IS

6、O參照油，其次是N22機械油，不過N22不易獲得，而N32機械油和150SN相近。N32機械油，是國內(nèi)應(yīng)用最普 遍的機械油，一直做為淬火油而廣泛應(yīng)用，所以我們選用N32油做為參照油，更符合國情。ISO參照油和N32油的冷卻性能列于表 3 表3參照油冷卻性能名稱ISO參照油N32機械油最大冷速/C s150 ±360+3最大冷速所在溫度/C510+20530 +20-1300 C時的冷速/C 's7+17+1從850 C冷卻到下列溫度的時間/ s600 C13 +112+1400 C20 +116+1200 C52.5 +.545+33.2自來水的冷卻性能在ISO 9950中沒

7、有自來水的冷卻性能的指標(biāo)，因為該標(biāo)準(zhǔn)原用于淬火油。在研究水基淬火介質(zhì)時，也使用該標(biāo)準(zhǔn)，因此知道自來水的冷卻性能也十分必要。30 C自來水的冷卻性能見表 4。最大冷速所在溫度在不同的文獻中相差較大，大約在530630 C之間，作者認(rèn)為，應(yīng)在550 C +20 Co表430 C自來水冷卻性能最大冷卻速度/C s'220 +20最大冷速所在溫度/C550+20-1300 C時的冷卻速度/Cs100+3從850 C冷卻到下列溫度的時間/ s600 C6+1400 C7+2200 C10+33.3 冷卻性能的評價3.3.1 冷卻速度評價法目前國外大多數(shù)人用冷卻速度來評價淬火介質(zhì)，它的要點是當(dāng)某一

8、介質(zhì)的冷卻速度（最大冷速，最大冷速的溫度，300 'C的冷卻速度）低于水或高于油則該介質(zhì)的冷卻能力就低于水或高于油。最大冷速的溫度越高，工件冷卻易于躲開TTT曲線的鼻子而進入馬氏體轉(zhuǎn)變。最大冷速越大，表明在沸騰階段介質(zhì)從探頭表面脫去熱量就越多。到達300 C時冷卻速度是評價介質(zhì)低溫區(qū)冷卻性能的主要依據(jù)。在300 C的冷速超過50C/s時，原則上認(rèn)為該水基淬火液不宜用來代替油淬，因為這樣 易于引起過大的畸變甚至開裂。淬火油在300 C的冷速大致在（630） C/s。3.3.2 數(shù)值評價方法（1）Segerberg 方法1Segerberg的計算公式如下：HP = 91.5 + 1.347

9、Tvp + 10.88CR 3.85Tcp（1 ）式中HP 淬火油的淬硬能力；Tvp 特性溫度，C；CR 在500600 C之間的平均冷卻速度，C/s;Tcp 對流階段開始溫度，C。（2）二次方度每秒法（參閱 5.2）該方法是作者基于下列一個假定提出的，即最大冷速和其所在溫度的乘積與該介質(zhì)的冷卻能力（CP）成正比，計算公式如下：CP = 0.011漫大冷速X最大冷速所在溫度（2）公式（2）適用有機淬火液和淬火油，按此公式計算的幾個實例見表5，參閱表7、8、10。表5 幾種介質(zhì)的CP值淬火介質(zhì)最大冷速/c . 1c s最大冷速所 在溫度/CCP值ISO參照油（40 C）50510280.5N32

10、 油(40 C)60530349.8快速油（30 C）95620647.9 c2普通淬火油（30 C）70550423.5 215 % PAG (30 C)120670884.4 320 % PAG (40 C)94620641.1 4 15%聚丙烯酸鈉（30 C）58550350.9 ：34 SH/ T 0220的判讀和評價按照SH /T 0220的規(guī)定，對淬火油的評價有兩個指標(biāo)，特性溫度（C）和 800 C冷卻到400 C的時間。事實上，對快速油和超速油來說，800 'C冷卻到300 C的時間非常重要。而對評價水基淬火液來說，還應(yīng)以400 C冷卻到150 C的冷卻時間或平均速度來評

11、價5。4.1 N32油和水的冷卻數(shù)據(jù)按照SH /T 0220測定的N32油和水的冷卻性能數(shù)據(jù)，見表6。表6N32油和自來水冷卻性能淬火介質(zhì)特性溫度/C特溫s800 400 C冷卻時間/s800300 C冷卻時間/s400150 C冷卻時間/s(N32 油)/( (80 C)510±105.2 ±.25.5 ±.312±1(自來水)/( (30 C)540 ±100.9 ±.11.0 ±.11.0 ±).50.4 ±.14.2 按照SH / T 0220評價的要點4.2.1 淬火油的評價參見SH 0564

12、93熱處理油的技術(shù)指標(biāo)。4.2.2 有機淬火劑在水基淬火劑中，有機淬火劑是以水代油的主體。關(guān)于有機淬火劑的評價國內(nèi)沒有統(tǒng)一的方法。在選擇有機淬火劑代替油淬時，為了防止過大的畸變和開裂，對有機淬火劑的冷卻性能應(yīng)有一個要求。如3.3.1所述，ISO 9950是以300 C冷卻速度來判定，但按 SH/T 0220以300 C冷速來判 定恐怕不能反映真實情況，作者同意日本村上義春的意見5，用40X150 C的平均冷速評價比較合理。作者在文獻6提出一個評價標(biāo)準(zhǔn)：SH/T 0220測定的40X150 C平均冷速120 C/s相當(dāng)于ISO 9950在300 C時的冷卻速度50 C/S,而平均速度 35 C/

13、s則相當(dāng)于300 C時冷速20 C/S。作者提出的 這個標(biāo)準(zhǔn)可能比較保守，僅供參考。4.2.3 冷卻能力的數(shù)值表示方法作者在文獻7中，按照SH/T 0220方法提出了評價淬火油和有機淬火劑冷卻能力的數(shù)值方法。該方法包括兩個公式，分別計算淬火油和有機淬火劑的冷卻能力CP值，此方法與3.3.2 (2)和5.2方法有一定的一致性，可互相參照。淬火油CP值計算公式如下：CP = 300 + 0.9Tvp + 9CR 3Tcp(3)式中 CP 淬火油冷卻能力Tvp 特性溫度，CCR 80X400 C的平均冷速，C/ sTcp 冷卻速度為20 C/s時的溫度(即用一條冷速為20 C/s的直線與曲線下部相切

14、處的溫度)，C對有機淬火劑計算公式如下：CP = 300 + 0.9Tvp + 9CR - 40t(4) 式中 CP有機淬火劑的冷卻能力Tvp 特性溫度，CCR 80X400 C的平均冷速,C/ st 40X150 C的冷卻時間，s按此求岀的CP值可對照表7來確定代油的可行性(參閱表 5、8、10 ) 有機淬火劑和淬火油 CP值的例子見表8。表7 按CP值劃分的淬火油7淬火介質(zhì)N32普通淬火油快速淬火油超速淬火油CP值400以下400 600600 10001000 1500表8 有機淬火劑和淬火油的 CP值7淬火介質(zhì)N32油普通淬火油快速淬火油超速淬火油淬火劑A( %)淬火劑B( %)202

15、52540CP值342.6468.98881119.91080997.81324.88195 JB / T7951的判讀和評價按照J(rèn)B /T7591的規(guī)定，淬火介質(zhì)冷卻性能的參數(shù)共有7個，它們是特性溫度和特溫秒，最高冷卻速度及其位置和冷卻時間(80X400 C，80X300 C，30X100 C)5.1 N32油和水的冷卻數(shù)據(jù)N32油和水的冷卻性能數(shù)據(jù)見表9.表9N32油和水的冷卻性能(JB/T7951 )淬火介質(zhì)特性溫度/C特溫/s最咼 冷速/ c . 1c s最咼冷速所在 溫度/C冷卻時間/s800400 C800300 C300100 CN32 油（80 C）5367.61594748.

16、716.3水（20 C）5931.59082591.92.02.05.2二次方度每秒法(參閱 3.3.2 )JB/T 6955 93熱處理常用淬火介質(zhì)技術(shù)要求的附錄 A中，按原GB 9449測定了常用淬火介 質(zhì)冷卻性能，給出了它們最大冷速及其所在溫度，作者采用3.3.2的二次方度每秒法，提出計算淬火油和有機淬火劑CP值的公式如下：CP = 0.00455 X最大冷速X最大冷速所在溫度(5)JB/ T 6955附錄A中的有機淬火劑和淬火油按式(5)計算的CP值見表10，并參閱表5、7、8。 關(guān)于有機淬火劑在低溫區(qū)引起開裂傾向， 在JB/T 6955 的附錄A中沒有規(guī)定，作者對該附錄中給出的30X

17、200 C的平均冷速研究之后認(rèn)為，30X200 C的平均冷卻速度在 250 C/ s以下基本上可不產(chǎn)生開裂，其數(shù)據(jù)見表10。表10 有機淬火劑和淬火油 CP值(JB /T 7951 )淬火介質(zhì)濃度(%)最大冷速/最大冷速所 在溫度/'CCP值300t 200 C平均冷速/c . 1c s聚乙烯醇水溶液096320.3323399586.42660.5281360460.32730.8267298362.0205CL-1聚醚水溶液10351517825.739120346474746.224540360344563.5208903聚醚水溶液5399389706.225210419364679.022520374293498.618440210283270.4PAS-1聚丙烯酸鈉水溶液3314437765.94236314437624.33429324296436.41